Motor Linear: Prinsip, Karakteristik & Aplikasi

I. Prinsip Motor Linier

Motor linear adalah perangkat yang secara langsung mengubah energi listrik menjadi gerakan mekanis linear tanpa mekanisme konversi perantara. Motor ini dapat dianggap sebagai motor putar yang telah dipotong secara radial dan dibentangkan menjadi bidang datar.

Juga dikenal sebagai motor linier atau aktuator linier, jenis yang paling umum adalah flatbed, saluran U, dan tubular. Konfigurasi kumparan tipikal adalah tiga fase, dengan peralihan fase tanpa sikat yang dicapai melalui sensor efek Hall.

Motor linier sering kali hanya digambarkan sebagai motor putar yang telah dibuka gulungannya, beroperasi dengan prinsip yang sama. Pemaksa (rotor) dibuat dengan mengompresi kumparan bersama dengan bahan epoksi; jalur magnet terdiri dari magnet (biasanya magnet tanah jarang berenergi tinggi) yang ditempelkan pada baja.

Forcer motor meliputi belitan kumparan, papan sirkuit sensor efek Hall, regulator termal (sensor suhu yang memantau suhu), dan antarmuka elektronik. Pada motor putar, forcer dan stator memerlukan bantalan putar untuk mendukung forcer dan menjaga celah udara pada bagian yang bergerak. Demikian pula, motor linier membutuhkan panduan linier untuk mempertahankan posisi pemaksa dalam medan magnet yang dihasilkan oleh lintasan magnet.

Seperti enkoder yang dipasang pada poros motor servo putar untuk memberi umpan balik posisi, motor linier membutuhkan enkoder linier untuk secara langsung mengukur posisi beban, sehingga meningkatkan akurasi pemosisian beban.

Kontrol motor linier mirip dengan motor putar. Seperti motor putar tanpa sikat, motor penggerak dan stator tidak terhubung secara mekanis (tanpa sikat).

Tidak seperti motor putar di mana pemaksa berputar dan stator tetap tetap, dalam sistem motor linier, baik jalur magnet atau kumparan dorong dapat bergerak (sebagian besar sistem pemosisian memiliki jalur magnet tetap dan kumparan dorong yang bergerak). Pada motor dengan kumparan dorong yang bergerak, berat kumparan dorong dan beban sangat kecil.

Namun demikian, hal ini memerlukan kabel yang sangat fleksibel dan sistem manajemennya. Pada motor dengan track magnet yang bergerak, tidak hanya beban tetapi juga berat track magnet yang harus ditanggung, sehingga tidak memerlukan sistem manajemen kabel.

Prinsip elektromekanis yang serupa digunakan pada motor linier dan motor putar. Gaya elektromagnetik yang sama yang menghasilkan torsi pada motor putar menghasilkan daya dorong linier pada motor linier.

Oleh karena itu, motor linier menggunakan kontrol yang sama dan konfigurasi yang dapat diprogram seperti motor putar. Bentuk motor linier dapat berupa flatbed, saluran-U, atau tubular, tergantung pada persyaratan spesifik dan lingkungan kerja aplikasi.

Prinsip operasi motor linier dapat dikategorikan menjadi dua jenis utama: satu di mana penggerak (bagian yang bergerak) bergerak dalam medan magnet, yang dikenal sebagai motor linier maglev, dan yang lainnya di mana penggerak tetap diam di dalam medan magnet dan didorong oleh gaya elektromagnetik, yang dikenal sebagai motor linier dorong elektromagnetik.

(1) Motor Linear Maglev

Prinsip di balik motor linier maglev melibatkan penggunaan medan magnet untuk menangguhkan penggerak di udara, sehingga mencapai gerakan tanpa kontak dan tanpa gesekan. Jenis motor linier ini terutama mencakup Motor Linier Sinkron Magnet Permanen (PMSLM) dan Motor Linier Suspensi Elektromagnetik (EMSLM).

PMSLM mengeksploitasi interaksi antara medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen dan medan magnet stator untuk menangguhkan penggerak. Keuntungan utama PMSLM adalah strukturnya yang sederhana, biaya rendah, dan operasi yang stabil.

Namun demikian, intensitas medan magnet terbatas karena adanya magnet permanen, sehingga menghasilkan daya dorong dan kecepatan yang relatif lebih rendah.

EMSLM memanfaatkan gaya levitasi magnetik yang dihasilkan oleh medan elektromagnetik untuk menangguhkan penggerak. Keuntungan utamanya adalah intensitas medan magnet yang lebih tinggi, sehingga menghasilkan daya dorong dan kecepatan yang relatif lebih besar. Namun, EMSLM memiliki struktur yang lebih kompleks dan biaya yang lebih tinggi.

(2) Motor Linear Dorong Elektromagnetik

Motor linier dorong elektromagnetik beroperasi dengan menggunakan gaya elektromagnetik untuk menggerakkan penggerak di dalam medan magnet. Kategori ini terutama mencakup Motor Linear Arus Bolak-balik (ACLM) dan Motor Linear Arus Searah (DCLM).

ACLM ditenagai oleh gaya elektromagnetik yang dihasilkan oleh arus bolak-balik untuk menggerakkan penggerak. Keuntungan utama ACLM adalah kesederhanaannya, biaya rendah, dan pengoperasian yang stabil. Namun, karakteristik arus bolak-balik membatasi daya dorong dan kecepatannya.

DCLM menggunakan gaya elektromagnetik yang dihasilkan oleh arus searah untuk menggerakkan penggerak. Keuntungan utama DCLM adalah daya dorong dan kecepatannya yang lebih tinggi, tetapi DCLM memiliki struktur yang lebih kompleks dan lebih mahal untuk diimplementasikan.

II. Karakteristik Motor Linear

Sebelum motor linier yang praktis dan terjangkau tersedia, semua gerakan linier harus dikonversi dari mesin rotari menggunakan sekrup bola, sekrup rol, sabuk, atau katrol. Untuk banyak aplikasi, terutama yang melibatkan beban berat dan poros penggerak vertikal, metode ini masih merupakan yang terbaik.

Namun, motor linier memiliki banyak keunggulan unik dibandingkan sistem mekanis, seperti kecepatan yang sangat tinggi dan sangat rendah, akselerasi tinggi, hampir tidak ada perawatan (tidak ada komponen kontak), presisi tinggi, dan tidak ada reaksi balik.

Menyelesaikan gerakan linier hanya dengan motor, tanpa roda gigi, kopling, atau katrol, masuk akal untuk banyak aplikasi, menghilangkan bagian-bagian yang tidak perlu yang mengurangi kinerja dan memperpendek usia mekanis.

1) Struktur sederhana.

Motor linier tubular secara langsung menghasilkan gerakan linier tanpa mekanisme konversi perantara, sangat menyederhanakan struktur, mengurangi inersia gerakan, dan secara signifikan meningkatkan respons dinamis dan akurasi pemosisian. Hal ini juga meningkatkan keandalan, menghemat biaya, dan menyederhanakan pembuatan dan pemeliharaan. Motor primer dan sekundernya dapat langsung menjadi bagian dari mekanisme, kombinasi unik yang semakin memamerkan keunggulan ini.

2) Cocok untuk gerakan linier kecepatan tinggi.

Karena tidak ada hambatan dari gaya sentrifugal, bahan biasa dapat mencapai kecepatan yang lebih tinggi. Selain itu, jika bantalan udara atau magnet digunakan untuk menjaga jarak antara primer dan sekunder, tidak ada kontak mekanis selama gerakan, sehingga tidak ada gesekan atau kebisingan. Ini berarti komponen transmisi tidak mengalami keausan, sangat mengurangi kehilangan mekanis, dan menghindari kebisingan dari kabel, tali baja, roda gigi, dan katrol, sehingga meningkatkan efisiensi secara keseluruhan.

3) Pemanfaatan belitan primer yang tinggi.

Pada motor induksi linier tubular, belitan primer berbentuk panekuk tanpa belitan ujung, sehingga menghasilkan pemanfaatan belitan yang tinggi.

4) Tidak ada efek tepi melintang.

Efek transversal mengacu pada melemahnya medan magnet pada batas-batas karena adanya jeda transversal. Motor linear silinder tidak memiliki jeda melintang, sehingga medan magnet terdistribusi secara merata di sekelilingnya.

5) Mudah mengatasi tarikan magnet sepihak.

Gaya tarikan radial saling meniadakan satu sama lain, sehingga nyaris meniadakan masalah tarikan magnetik unilateral.

6) Mudah disesuaikan dan dikendalikan.

Dengan menyesuaikan voltase atau frekuensi, atau mengubah bahan sekunder, kecepatan dan dorongan elektromagnetik yang berbeda dapat dicapai, cocok untuk operasi bolak-balik kecepatan rendah.

7) Kemampuan beradaptasi yang kuat.

Inti utama motor linier dapat dienkapsulasi dengan resin epoksi, memberikan ketahanan korosi dan kelembapan yang baik, sehingga cocok untuk digunakan di lingkungan yang lembab, berdebu, dan lingkungan gas yang berbahaya. Selain itu, dapat dirancang dalam berbagai struktur untuk memenuhi kebutuhan yang berbeda.

8) Akselerasi tinggi.

Ini adalah keuntungan signifikan dari drive motor linear dibandingkan dengan sekrup lainnya, sabuk sinkrondan penggerak rak roda gigi.

III. Aplikasi Motor Linear

Motor linear, yang dikenal dengan efisiensi, presisi, dan kecepatan tinggi, digunakan secara luas di berbagai bidang.

1. Transportasi

Di sektor transportasi, motor linear terutama digunakan di kereta api berkecepatan tinggi, kereta bawah tanah, dan lift. Sebagai contoh, kereta maglev Jerman menggunakan motor linear levitasi magnetik, yang menghasilkan kecepatan yang lebih tinggi dan tingkat kebisingan yang lebih rendah.

Selain itu, motor linear dapat diintegrasikan ke dalam sistem penggerak kendaraan listrik untuk meningkatkan kinerjanya.

2. Manufaktur Industri

Dalam industri manufaktur, motor linier terutama digunakan dalam Mesin CNC alat dan robot. Sebagai contoh, sistem pengumpanan alat di Peralatan mesin CNC digerakkan oleh motor linier, menawarkan akurasi pemesinan yang lebih baik dan waktu respons yang cepat.

Selain itu, motor linear dapat diterapkan pada ban berjalan dan robot penanganan pada jalur produksi otomatis, sehingga meningkatkan produktivitas.

3. Bidang Medis

Di bidang medis, motor linier terutama diterapkan pada perangkat pencitraan medis seperti pemindai CT dan mesin MRI. Perangkat ini memerlukan kontrol yang tepat dari rentang pemindaian dan kecepatan untuk sinar-X atau medan magnet, dan motor linier memberikan kontrol presisi dan kecepatan tinggi, meningkatkan akurasi dan efisiensi diagnosis.

4. Penelitian Ilmiah

Dalam penelitian ilmiah, motor linear sangat banyak digunakan dalam akselerator partikel dan teleskop astronomi. Sebagai contoh, cincin akselerator di Large Hadron Collider (LHC) menggunakan motor linear, yang memungkinkan kemampuan akselerasi yang lebih tinggi dan kinerja operasional yang lebih stabil.

Selain itu, motor linear dapat digunakan dalam sistem pemfokusan otomatis pada teleskop astronomi, sehingga meningkatkan presisi dan efisiensi pengamatan.